Инженерная защита окружающей среды при разработке недр. Учебное пособие

1.2Характер воздействия горного производства на окружающую среду

Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все ее элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир.

Это воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным, являющимся следствиемпервого. Размеры зоны распространения косвенного воздействия значительно превышает размеры зоны локализации прямого воздействия.

Впроцессе горного производства образуется и быстро увеличивается пространства, нарушенные горными выработками, отвалами пород и отходов переработки и представляющие собой бесплодные поверхности, отрицательно влияющие и на окружающие территории.

Всвязи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод (отходов переработки полезных ископаемых) в поверхностные водоемы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения, ухудшается качество подземных и поверхностных вод. Атмосфера загрязняется пылегазовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников, в том числе горных выработок, отвалов, перерабатывающих цехов и фабрик. В результате комплексного воздействия на указанные элементы биосферы существенно ухудшаются условия произрастания растений, обитания животных, жизни человека.

Недра, являясь объектом и операционным базисом горного производства, подвергаются наибольшему воздействию. Так как недра относятся к элементам биосферы, не обладающими способностью к естественному возобновлению в обозримом будущем, охрана их должна предусматривать обеспечение научно обоснованной и экономически оправданной полноты и комплексности использования.

Воздействие горного производства на биосферу проявляется в различных отраслях народного хозяйства и имеет большое социальное

иэкономическое значение. Так, косвенное воздействие на землю, связанное с изменением состояния и режима грунтовых вод, осаждением пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, а также продукты ветровой и водной эрозии, приводит к ухудшению качества земель в зоне влияния горного производства. Это проявляется в угнетении и уничтожении естественной растительности, миграции и

11

сокращении численности диких животных, снижении продуктивности сельского и лесного хозяйства, животноводства и рыбного хозяйства.

Внастоящее время не представляется возможным дать сравнительную оценку влияния на окружающую среду горного производства и других видов деятельности человека, поскольку отсутствует научно-методические основы для такого сравнения. Применение же различных частных критериев не позволяет получить однозначный ответ на этот вопрос.

Втабл. 2 показана сравнительная оценка воздействия на окружающую среду некоторых видов промышленного производства.

Таблица 2

Воздействие промышленного производства на биосферу

Как следует из табл.2, горное производство оказывает наиболее широкое воздействие на биосферу, затрагивающее практически все ее

12

элементы. В то же время воздействие некоторых других видов деятельности на отдельные элементы проявляется более интенсивно.

Воздействие горного производства на окружающую среду вызывает геомеханические, гидрологические, химические и термические изменения в окружающей среде.

Геомеханические изменения обусловлены:

1.Строительством карьеров, отвалов, отстойных водоемов, различных насыпей и траншей.

2.Деформацией поверхности в результате ведения горных работ.

3.Хранением различных отходов.

4.Монтажными работами, работой тяжелого оборудования.

В результате этого воздействия происходят изменения рельефа местности, геологической структуры массива горных пород, почвы, ликвидация почвы и создание беспочвенных местностей, повреждения строительных объектов и инженерных сооружений.

Гидрологические изменения обусловлены:

1.Дренажным воздействием подземных и открытых горных выработок.

2.Деформацией поверхности в результате ведения горных работ.

3.Строительством карьеров, отвалов, водоемов, различных насыпей и траншей.

4.Смещением русел рек, строительством различных гидротехнических сооружений.

5.Загрязнением вод.

6.Использованием подземных вод для различных целей.

Врезультате этого воздействия происходят изменения положения

идвижения уровня подземных вод и гидрографической сети, ухудшение качества вод мелко залегающих водных горизонтов, вымывание и механический вынос частиц горных пород, проседание грунта, образование пойм.

Химические изменения обусловлены:

1. Эмиссией (выделением)газов и химически активной пыли в окружающую среду.

2. Сбросом засоленных и загрязненных вод.

3. Воздействием токсичных компонентов, содержащихся в породных отвалах и хвостохранилищах.

В результате этого воздействия происходят изменения состава и свойств атмосферного воздуха, воды и почвы.

Физико-механические изменения обусловлены:

1.Эмиссией пыли и аэрозолей.

2.Сбросами вод, загрязненных суспензиями гидрозолями.

13

Врезультате этого воздействия происходят изменения состава и свойств атмосферного воздуха, воды и почвы, изменение русел и водотоков.

Термические изменения обусловлены:

1.Загрязнением воздуха.

2.Сбросом подогретых вод.

3.Нагнетанием подогретых вод в массив горных пород.

Врезультате этого воздействия происходят изменения качества атмосферного воздуха и водного бассейна.

На современном этапе развития науки и техники месторождения твердых полезных ископаемых разрабатывается в основном четырьмя способами:

- открытым; - подземным;

- геотехнологическим (с помощью скважин). - подводным (со дна морей и океанов).

Схемы взаимодействия с окружающей средой карьера, подземного рудника и скважинного способа добычи приведены на рис.

1, 2, 3.

Рис. 1. Схема взаимодействия карьера с окружающей средой.

14

Рис. 2. Схема взаимодействия подземного рудника (шахты) с окружающей средой.

Рис. 3. Схема взаимодействия горного предприятия с окружающей средой.

Сравнительная оценка воздействия различных способов добычи полезных ископаемых на окружающую среду приведены в табл. 3

15

Таблица 3

Оценка воздействия способов добычи полезных ископаемых на биосферу

Как следует из таблицы, наиболее сильное воздействие на окружающую среду оказывает открытые горные работы, наименьшее – геотехнологический способ добычи.

1.3 Влияние горного производства на недра

Воздействие горного производства на недра проявляется в проведении горных выработок, извлечении полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, осушении или обводнении месторождений (или их участков), сбросе сточных вод, захоронении отходов производства и др. При этом изменяется напряженнодеформированное состояние массива горных пород, снижается качество полезных ископаемых, образуются потери минерального сырья, происходит возгорание полезных ископаемых и вмещающих пород, загрязнение недр, в них развиваются карстовые процессы.

Изменение напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Известно, что массив горных пород характеризуется определенным напряженно-деформированным состоянием. Выделяют три тектонические формации, отличающиеся определенными особенностями формирования поля напряженности: районы древних кристаллических щитов; районы отложения осадочных пород на кристаллических платформах; районы современной тектонической активности.

Районы древних кристаллических щитов характеризуются высокими горизонтальными напряжениями, обусловливаемыми естественным тангенциальным сжатием твердой оболочки земной коры.

16

Районы отложений осадочных пород на кристаллических платформах характеризуются отсутствием тектонических напряжений.

Втаких районах напряженность массива горных порол определяется гравитационными силами и силами бокового распора.

Районы современной тектонической активности характеризуются особенно сложной картиной напряженности массива горных пород. В этих условиях наряду с большими горизонтальными напряжениями на отдельных локальных участках вертикальные напряжения могут быть больше или меньше величины.

При проведении горных выработок в области их влияния происходит изменение поля напряжении, при этом характер изменения имеет определенные особенности для составляющих, обусловленных различными силами. Например, изменение напряжений, обусловливаемых силами бокового распора, носит иной характер, чем изменение напряжений, обуславливаемых гравитационными или гидростатическими силами.

Врезультате перераспределения напряженного состояния нетронутого массива горных пород в процессе разработки месторождений полезного ископаемого, на отдельных участках возникают зоны повышенных напряжений, а на других - пониженных.

Водних случаях в зависимости от свойств горных пород (уголь, руда, вмещающие породы) в зонах повышенного горного давления в массивах пород происходят динамические проявления горного давления – динамические явления.

Потери минерального сырья.Одно из наиболее значительных воздействий горного производства на недра – неполное использование содержащихся в них минеральных ресурсов.

Дня размещения предприятий горнодобывающей промышленности и решения других задач ведется государственный кадастр месторождений полезных ископаемых, и составляются государственные балансы запасов полезных ископаемых.

Для определения промышленной ценности месторождений и подсчета в них запасов полезных ископаемых устанавливаются кондиции на минеральное сырье по каждому месторождению, представляющие собой совокупность экономически обоснованных требований к качеству и количеству полезных ископаемых, горногеологическим и иным условиям разработки месторождения.

Постоянные кондиции являются основой для подсчета и утверждения запасов полезных ископаемых и разделения их на балансовые, использование которых в настоящее время экономически

17

целесообразно, и забалансовые, эксплуатация которых в настоящее время экономически нецелесообразна.

Возгорание полезных ископаемых и вмещающих пород.Усложнение горно-геологических условий разработки связано, в частности, с вовлечением в эксплуатацию месторождений полезных ископаемых и вмещающих пород, склонных «самовозгоранию». Так, при разработке, складировании и транспортировании сульфидных руд происходят самонагрев и возгорании рудной массы, тушение которой практически невозможно.

1.4Рациональное использование ресурсов недр, их охрана и воспроизводство

Рациональное использование ресурсов недр в свете концепции устойчивого развития должно быть направлено на снижение удельного расхода минерального сырья на единицу продукции. Для этого необходимо:

-в сфере производства минерального сырья осуществлять комплексное освоение крупных сырьевых регионов, добывать и перерабатывать минеральное сырье с высокими показателями извлечения, комплексно использовать все компоненты, содержащиеся

вминеральном сырье, утилизировать породы и отходы производства, вовлекать в эксплуатацию месторождения со сравнительно ограниченными запасами полезных ископаемых, пригодных для удовлетворения потребностей в данном виде сырья одного или нескольких регионов, использовать выработанное пространство для захоронения отходов производства.

-в сфере потребления минерального сырья снизить расход сырья за счет применения более совершенной технологии, использовать вторичное сырье и отходы, заменять минеральное сырье искусственными материалами из возобновляемых ресурсов.

Воспроизводство ресурсов недр.

Принято считать, что ресурсы недр – это твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, энергетические ресурсы и полости естественного и технического происхождения в массиве горных пород.

Академик РАН М.И. Агошков предложил разделить ресурсы недр на 6 основных групп.

1 группа – месторождения полезных ископаемых. Эта группа включает две подгруппы:

- месторождения твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых однородного состава;

18

-комплексные месторождения твердых, жидких или газообразных полезных ископаемых, представленные близко расположенными залежами с существенно различным вещественным составом. Разработку таких месторождений можно вести совместно из единой сети горных выработок, а переработка добытых полезных ископаемых различного состава должна осуществляться раздельно.

2 группа – отвалы вскрышных и вмещающих пород, терриконы угольных шахт, отвалы и склады забалансовых полезных ископаемых.

3 группа – отходы горно-обогатительного и металлургического производства.

4 группа – глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод.

5 группа– внутреннее глубинное тепло недр Земли.

6 группа – природные и техногенные (созданные в результате деятельности человека) полости в массиве горных пород.

Ресурсовоспроизводящие технологии включают прямые воздействия или дополнительные технологические процессы, при применении которых, наряду с использованием тех или иных ресурсов недр, производятся целенаправленные изменения условий залегания, агрегатного состояния и качества геогенных и техногенных образований, создающие новые виды ресурсов недр, либо переводящие потенциальные ресурсы в реальные.

Охрана ресурсов недр – это система технических, экономических

иорганизационно-правовых мероприятий, обеспечивающих соблюдение установленного порядка пользования ресурсами недр. Основные требования к охране недр в соответствии со статьей 23 Закона РФ «О недрах» включают:

-обеспечение полного и комплексного геологического изучения

недр;

-соблюдение установленного порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами;

-недопущение вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, на сохранность запасов полезных ископаемых;

-охрану месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;

-предотвращение загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе сточных вод;

19

-охрану участков недр, представляющих особую научную или культурную ценность.

Решение проблемы экологически безопасного недропользования осуществляется в следующих пяти направлениях: информационном, техническом, правовом, экономическом и организационном.

Научное направление здесь не выделено в качестве самостоятельного, поскольку разработка и практическая реализация мероприятий в рамках каждого из указанных направлений требует проведения крупномасштабных исследований.

Информационное направление связано с разработкой и промышленной реализацией системы горноэкологического мониторинга для получения информации о процессах и явлениях, происходящих в биосфере при пользовании ресурсами недр.

Техническое направление предусматривает разработку новых и совершенствование существующих технических средств и технологических решений по осуществлению экологически эффективного недропользования.

Правовое направление включает работы по кодификации (создание кодексов) горного законодательства. Необходимо отделить действующие нормы от устаревших, обосновать новые правовые формы по тем вопросам, которые еще не решены законодательными актами (в первую очередь природоохранным) и создать новый сводный акт – Кодекс России о недрах, построенный на единых принципах.

Экономическое направление включает разработку экономического механизма, стимулирующего природоохранную деятельность при пользовании ресурсами недр, в частности:

-совершенствование системы платежей за загрязнение биосферы

впроцессе недропользования;

-создание налоговых стимулов, побуждающих предприятия и отдельных предпринимателей вкладывать средства в природоохранные мероприятия;

Экологическое страхование предприятий, работающих в сложных горно геологических и гидрологических условиях и добывающих сырье, представляющее повышенную экологическую опасность.

Организационное направление должно предусматривать меры,

направленные на демонополизацию управления Государственным фондом недр.

Проблема экологически безопасного недропользования, основанного на концепции устойчивого развития, является центральной для горной экологии, как нового научного направления.

20